Advanced step ininnovative mobility: большой шаг для человечества
- В 2004 году ASIMO взял почетное место в «Зале славы роботов» как первый настоящий человекоподобный робот. «Зал славы роботов» был создан университетом Карнеги-Меллона чтобы отмечать выдающиеся успехи робототехники
На Столичном интернациональном автосалоне мы познакомились с человеком, у которого имеется водительские права только редкой категории — на управление самым продвинутым на сегодня человекоподобным роботом ASIMO (Advanced Step in Innovative Mobility), созданным компанией Honda. Чтобы получить права, умелый инженер Серж Дроблю в течение 20 дней по 10 часов в день вникал в тонкости управления механическим гуманоидом, а после этого выдержал сложнейший экзамен под строгим надзором разработчиков робота. По окончании впечатляющего шоу, которое ASIMO продемонстрировал благодарным зрителям под контролем Сержа Дроблю и еще трех операторов, Серж поведал нам, как устроен превосходный робот и из-за чего инженерам Honda пригодилось целых 15 лет, дабы научить машину ходить.
Мастерство ходить
На первый взгляд создать двуногого робота, талантливого передвигаться по-человечески, не так сложно: достаточно перемещения человека и вынудить машину их повторить. В действительности процесс передвижения человека куда сложнее, чем мы привыкли его воображать. В ходьбе участвуют не только ноги, но и руки, плечи, поясницы, шея а также голова, каковые двигаются синхронно и оказывают помощь удерживать равновесие.
свой положение и Состояние поверхности в пространстве человек непрерывно отслеживает посредством бессчётных органов эмоций: полукружные каналы и отолиты внутреннего уха (вестибулярный аппарат) несут ответственность за линейные и угловые ускорения; чувство напряжения в мышцах информирует человеку о текущем скорости и положении конечностей их перемещения (считается, что в мозгу человека имеется так называемая модель тела); узкие осязательные ощущения в ступнях создают представление о характере поверхности под ногами.
направление и Длина шагов изменяются при разгоне, торможении, повороте. Человек на бессознательном уровне планирует собственные перемещения на пара шагов вперед. Одновременно с этим, в случае если что-то отправится не так (споткнулся, поставил ногу на наклонную поверхность), положение корпуса и длина шага будут мгновенно скорректированы, дабы не разрешить ему упасть.
Так, ходьба представляет собой сложное сочетание непрерывного контроля и планирования обстановки, а любой ход человека неповторим.
Сложные процессы, протекающие у нас в голове на протяжении ходьбы, незаметны нам, они происходят на инстинктивном уровне. Исходя из этого изучение методов передвижения человека выяснилось сложной задачей.
Стойкий оловянный солдатик
Главным прототипом при разработке ASIMO послужил скелет человека. Точные сервомоторы снабжают роботу перемещение по 26 степеням свободы: две из них отведены на перемещения головы, по шесть на ногу и каждую руку. Ноги ASIMO движутся так же вольно, как и у человека: на протяжении шоу робот кроме того станцевал рок-н-ролл.
Сервомоторы вращаются на строго определенные углы с определенной скоростью, благодаря чему перемещения робота смогут быть как резкими, так и страно плавными. Три кита стабильности ASIMO — это контроль поверхности, контроль центра положения и контроль масс. Первый обеспечивается датчиками силы, вмонтированными в ступни робота. Они оказывают помощь почувствовать уклон поверхности либо непредвиденно появившееся на пути препятствие и скорректировать положение ступни.
Робот может ходить по плоскостям с уклоном до 300 и со сложным рельефом. За контроль центра весов отвечают гироскоп и датчики ускорения.
К примеру, в случае если робот почувствует, что его корпус наклоняется вперед стремительнее, чем планировалось, он сделает следующий ход шире и предотвратит падение. «ASIMO возможно нежданно толкнуть, он выставит ногу и поймает равновесие и останется на ногах, — говорит Серж Дроблю, — но зрителям мы, само собой разумеется, об этом не говорим».
Любой мотор имеет датчик обратной связи, что информирует ASIMO, на какой угол развёрнут тот либо другой сустав. В электронном мозгу робота воссоздана его правильная трехмерная модель — это и имеется контроль положения. Правильный аккуратный механизм разрешает ASIMO подниматься и спускаться по лестнице.
До тех пор пока что чтобы робот передвигался по лестнице, оператор обязан информировать ему количество ступенек и длину пролёта. На данный момент разработчики обучают ASIMO распознавать лестницу посредством глаз-камер, вычислять ступени и определять их высоту самостоятельно.
Основная изюминка, отличающая ASIMO от остальных двуногих роботов, — свойство поменять направление перемещения, не сбавляя движение. Дабы развернуть за угол, предшественникам ASIMO требовалось останавливаться, неестественным для человека методом вращаться на месте, по окончании чего затевать перемещение в новом направлении. ASIMO поворачивает совершенно верно так же, как человек: легко наклоняется в сторону поворота совершает следующий ход в новом направлении.
Скорость перемещения ASIMO достигает 1,6 км/ч. При хорошей видимости робот заблаговременно планирует собственный маршрут с разгонами, поворотами и замедлениями, но при происхождения неожиданного препятствия готов остановиться либо поменять траекторию.
Свойство ходить по-человечески не предел возможностей робота. ASIMO последней модели может бегать со скоростью 6 км/ч, отрывая от почвы ноги в один момент, а также делать на бегу «змейку».
Мой дорогой друг андроид
Само собой разумеется, хождение на двух ногах не единственный метод передвигаться по лестницам и уклонам. Современные роботы-саперы легко преодолевают каждые препятствия на гусеницах, а внедорожные качества четвероногого BigDog от компании Boston Dynamics многократно превосходят ASIMO. Отчего же японцы израсходовали 15 лет работы на создание андроида? По задумке Honda ASIMO создан чтобы жить среди людей и помогать им.
Согласитесь, гусеничный трактор либо механический паук, разгуливающий по строению с поручениями, воспринимался бы людьми как что-то чужеродное а также страшное. ASIMO же понятен, предсказуем и очень дружелюбен.
Рост ASIMO (122 см) подбирался так, дабы андроид не смотрелся угрожающим, но имел возможность делать всевозможные функции. Голова робота находится на уровне глаз взрослого человека, сидящего в рабочем кресле. Максимально опустив руку, ASIMO может забрать газету либо чашку кофе с низкого журнального столика, а подняв, может дотянуться до выключателя освещения.
Предшественники ASIMO имели рост взрослого человека и выше. Сделать маленького робота выяснилось сверхсложной задачей, поскольку нужно было сохранить веса андроида и пропорции роста. ASIMO весит менее 52 кг благодаря применению самых легких и прочных материалов. Самая тяжелая подробность робота — никель-металлогидридная батарея питания — весит всего 7,7 кг. Всецело заряженный аккумулятор снабжает 30 мин. постоянной работы.
Примечательно, что только 30% энергии расходуется сервоприводами, остальные 70% потребляет электронный мозг ASIMO, расположенный в ранце за спиной. Последние предположения ASIMO оснащаются современными литий-ионными батареями.
ASIMO — только общительный робот. «В случае если ASIMO видел вас хотя бы в один раз, в следующий раз он определит вас и поприветствует, — говорит Серж Дроблю. — Посредством двух камер, встроенных в голову робота, он видит объемное изображение, может определять расстояние до объектов, распознавать жесты людей». ASIMO определит собственных друзей по голосу. С роботом возможно поболтать либо попросить его о помощи: он осознаёт пара десятков несложных команд и вопросов на британском и японском языках.
Помогаю человеку!
На данный момент ASIMO значительно чаще возможно встретить на выставочных шоу. В непростых условиях выставки большую часть коммуникативных и двигательных свойств робота приходится отключать.
Фактически все элементы шоу шепетильно запрограммированы и запускаются оператором. Оператор должен быть скрыт от зрителей, исходя из этого сцену ему приходится замечать на видеомониторе.
Робот управляется с компьютера посредством сложной программы. Кроме запуска элементов программы в обязанности оператора входит постоянный контроль за бессчётными параметрами работы робота — показаниями сенсоров, положением сервоприводов, напряжениями в электрических цепях, рабочими температурами элементов и многими вторыми. Расслабиться запрещено ни на секунду.
На случай технических неполадок за сценой неизменно припрятан робот-дублер. Существует и своевременный метод управления не сильный — посредством пульта дистанционного управления, напоминающего джойпад от PlayStation. Он употребляется редко, поскольку, во-первых, требует полной видимости, которая иногда недоступна, а во-вторых, ограничивает возможности робота, превращая его в несложную радиоуправляемую игрушку.
В исследовательской студии компании Honda созданы все условия, дабы ASIMO имел возможность полноценно передвигаться и общаться с людьми, практически жить полной судьбой. ASIMO всегда учится новым навыкам.
В будущем он сможет делать поручения в конторах, помогать по хозяйству старым и калекам, тушить пожары, трудиться с вредными химическими веществами в среде, негодной для жизни человека. «ASIMO в один раз сможет стать глазами, ушами, ногами и руками для всех тех, кто в этом испытывает недостаток», — вычисляют в компании Honda.
Согласиться, при первом знакомстве с ASIMO мы были уверены, что робот назван в честь Айзека Азимова. Известный фантаст первым сформулировал законы робототехники, в соответствии с которым роботы должны помогать и помогать людям, а не бунтовать, сражаться и сражаться за независимость. И ASIMO в большей мере, чем каждый робот, соответствует азимовским правилам.
Но, как поведал нам Серж Дроблю, в Японии Азимова не знают. Легко asi в переводе с японского свидетельствует «нога».
И все же метко назвали робота японцы. Возможно, это будущее.
Анатомия
За легко несерьезным видом ASIMO прячутся последние успехи современной техники
Голова
Посредством двух камер, встроенных в голову робота, он видит объемное изображение, может определять расстояние до объектов, распознавать жесты людей. В случае если ASIMO видел вас в один раз, в следующий раз он определит вас и поприветствует. Робот оснащен совокупностью распознавания голоса.
С ним возможно поболтать либо попросить о помощи: он осознаёт пара десятков несложных команд и вопросов на британском и японском языках.
Туловище
В нем запрятана самая тяжелая подробность робота — никель-металлогидридный элемент питания. Такое размещение 7,7-килограммовой батареи содействует самоё естественному распределению весов.
Руки
Рост ASIMO (122 см) разрешает ему делать всевозможные функции, пребывав в окружении людей. Новая конструкция плечевых суставов позволяет поднимать руки на 105°, дабы дотягиваться до высоко расположенных предметов, к примеру выключателей освещения. Кисти рук имеют силу захвата 0,5 кг — достаточно, дабы удержать большая часть предметов, но не хватает, дабы случайно навредить человеку.
Ноги
Основная изюминка ASIMO, которая отличает его от остальных двуногих роботов, — это свойство поменять направление перемещения, не сбавляя движение. Скорость перемещения робота достигает 1,6 км/ч. ASIMO последней модели может бегать со скоростью 6 км/ч, отрывая от почвы ноги в один момент, а также делать на бегу «змейку».
Портфель
В ранце, расположенном за плечами ASIMO, находится его электронный мозг. Сложная электроника потребляет 70% энергии батареи, и только 30% приходится на сервоприводы.
Родословная ASIMO
- 1986. E0 имел возможность ходить прямо по ровной поверхности. На один ход роботу требовалось 5−20 с
1991.
Е3 обучился ходить по неровным и наклонным поверхностям на скорости 1,2 км/ч
1991 Е4: роботы начали обзаводиться совокупностями контроля поверхности, положения и центра масс
1993. Е6 уже умел не только замечательно ходить по сложному рельефу, но и передвигаться по лестницам
1994. Первый робот Honda с руками и туловищем имел рост 191 см, весил 175 кг и смотрелся устрашающе
1996. P2 потяжелел аж до 210 кг, но обучился удерживать равновесие при сильном толчке.
1997. Робот 1997 года Р3 стал значительно меньше (157 см), легче (130 кг), устойчивее и человечнее
В середине 1980-х Honda задалась целью создать человекоподобного робота, идеально вписывающегося в общество людей. К созданию робота ASIMO, талантливого передвигаться совершенно верно так же, как человек, ученые шли полтора десятилетия.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№49, ноябрь 2006).
<
h4>